雷達中頻信號通道間串擾抑制技術(shù)研究

蘇延川 楊士義

摘 要 在沒有直接電氣連接的傳輸線之間由于感應(yīng)電壓或電流所產(chǎn)生的電磁耦合被稱為串擾效應(yīng)。通道間的串擾噪聲疊加在回波信號上時，會影響到回波信號的檢測精度。因此電路設(shè)計時，必須采取必要的措施，以獲得較好的中頻采樣通道間串擾抑制效果。本文從串擾的分類、解決措施、實施效果等方面進行分析。

【關(guān)鍵詞】串擾 端接 隔離度

1 串擾分類

串擾效應(yīng)包括容性耦合和感性耦合。其容性耦合會引發(fā)耦合電流，如圖1所示，感性耦合會引發(fā)耦合電壓，如圖2所示，并且傳輸線距離越近、頻率越高，耦合效應(yīng)越明顯。在低頻段傳輸線間的耦合可以建立耦合電容模型，在高頻段傳輸線間的耦合可以建立電感-電容集總參數(shù)導線或傳輸線模型。

基于上述兩種模型的計算如下：

注入到靜態(tài)線上的瞬時容性耦合電流總量為：

CmL：單位長度互容（C12） V：信號電壓 v：信號傳播速度 RT：信號上升時間

注入到靜態(tài)線上的瞬時感應(yīng)電壓為：

LmL：單位長度互感（L12） I：信號電流 v：信號傳輸速度 RT：信號上升時間

2 解決措施

通道間的串擾噪聲疊加在回波信號上時，會影響到回波信號的檢測精度，為了減小通道間的串擾，本項目提出并驗證的方法如下：合理設(shè)計中頻采樣電路的供電、地網(wǎng)絡(luò)，降低電源、地噪聲；做好端接匹配，減小串擾噪聲的反射；優(yōu)化印制板疊層結(jié)構(gòu)，合理分配走線層，消除遠端干擾；使用地線及平面保護關(guān)鍵信號、合理控制阻抗，使用小介電常數(shù)的板材等。通過這些方法的優(yōu)化設(shè)計，獲得了較好的中頻采樣通道間串擾抑制效果。

合理設(shè)計中頻采樣電路的供電、地網(wǎng)絡(luò)，降低電源、地噪聲；做好端接匹配，減小串擾噪聲的反射；優(yōu)化印制板疊層結(jié)構(gòu)，合理分配走線層，消除遠端干擾；使用地線及平面保護關(guān)鍵信號、合理控制阻抗，使用小介電常數(shù)的板材等。通過這些方法的優(yōu)化設(shè)計，獲得較好的中頻采樣通道間串擾抑制效果。

2.1 供電網(wǎng)絡(luò)

AD芯片的供電分為數(shù)字電（DRVDD）、模擬電（ARVDD）兩種，模擬電直接用于中頻信號采樣，對采樣效果至關(guān)重要，因此選用穩(wěn)定度較高的LDO進行供電；數(shù)字電選用DCDC進行供電。

+5V電源由導引頭二次電源提供，進入AD供電網(wǎng)絡(luò)后首先進行電源濾波，之后進入LDO獲得穩(wěn)定的電壓輸出，通過多路EMI電源濾波器為每路AD芯片分別供模擬電，保證電源之間的隔離不相互干擾。模擬電供電示意圖如圖3所示。

2.2 地平面設(shè)計

地平面作為信號的回流路徑，信號可能會通過地平面污染其它通道的信號。本設(shè)計中采用同一GND保證回流的通暢，同時劃分對地平面進行分割，限制不同通道間的回流路徑確保不會相互干擾。地平面設(shè)計示意圖如圖4所示。

2.3 端接匹配

信號反射和傳輸線的阻抗連續(xù)性密切相關(guān)。傳輸線的阻抗發(fā)生突然變化會直接導致產(chǎn)生反射。只要傳輸線存在阻抗不連續(xù)的點，該處就會發(fā)生反射。由于發(fā)送端的輸出阻抗通常較低，而接收端輸入阻抗一般遠高于傳輸線特性阻抗，發(fā)送端與接收端的阻抗差異會使得信號會在兩個端點之間反復(fù)反彈，形成振鈴。匹配端接就是人為加入電阻使傳輸線阻抗盡量變得連續(xù)來消除或減輕這種突變，從而減少反射。

本項目采用串聯(lián)端接的方式，在中頻信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，串聯(lián)33歐電阻，使接收端波形達到滿擺幅，反射信號返回元斷后不再反射，如圖5所示。

串聯(lián)端接只需要給每條傳輸線增加一個端接電阻，無需與電源相連接，消耗功率小。當驅(qū)動高容性負載時串聯(lián)端接可提供限流作用，這種限流作用可以幫助減小地彈噪聲。

2.4 印制板疊層及走線設(shè)計

本項目采用14層板設(shè)計，其中6個為plane層、8個為信號層。為信號層設(shè)計完成的參考層，保證阻抗的連續(xù)，同時為關(guān)鍵的時鐘信號設(shè)計完整的保護地，消除相互干擾，中頻采樣通道間通過連續(xù)的地空進行隔離；并行數(shù)字信號線保證走線等長，減小傳輸延遲的差異。印制板板材選擇高TG Fr4材料，介電常數(shù)較小，合理控制阻抗。

3 實施效果

采用上述設(shè)計方案，完成了了電路的設(shè)計及調(diào)試。實物圖如圖6所示。

完成單板調(diào)試后，隨系統(tǒng)進行了系留試驗、地面鑒定、外場靶試等各種實驗考核，滿足系統(tǒng)要求的大于45dB的要求

4 結(jié)束語

（1）在空空導彈中首次采用高速AD采樣電路，為系統(tǒng)獲得80dB的大動態(tài)范圍奠定了基礎(chǔ)；

（2）通過優(yōu)化設(shè)計供電、地網(wǎng)絡(luò)、做好端接匹配、優(yōu)化印制板疊層結(jié)構(gòu)、使用地線及平面保護關(guān)鍵信號、合理控制阻抗等方法，獲得了較好的中頻采樣通道間串擾抑制效果（大于45dB）；

（3）在較小的體積內(nèi)，通過良好的數(shù)模混合電路設(shè)計，實現(xiàn)了多通道的中頻采樣，幅提升性能并減小了體積。

參考文獻

[1]張奕，余海龍，譚劍美.四通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（09）：10-12.

[2]孫志虎，李曉明.基于下變頻器AD9654的塔康中頻數(shù)字化接收機設(shè)計[J].科學技術(shù)與工程，2010，10（31）：7768-7772.

作者簡介

蘇延川（1982-），男，河南省汝州市人。高級工程師。碩士學位。研究方向為雷達導引頭信號處理。

作者單位

1.中國空空導彈研究院 河南省洛陽市 471000

2.駐中國空空導彈研究院軍事代表室 河南省洛陽市 471000